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畜牧人

標題: 幼齡反芻動物瘤胃微生物的定植過程及早期調控 [打印本頁]

作者: 畜牧人小李 時間: 2022-6-16 10:56
標題: 幼齡反芻動物瘤胃微生物的定植過程及早期調控
摘要：瘤胃微生物可以將其他動物難以利用的粗纖維降解為宿主生長所需的營養(yǎng)物質, 從而為人類提供優(yōu)質的蛋白質和其他營養(yǎng)物質。因此, 通過調控瘤胃微生物以達到改善瘤胃發(fā)酵功能和提高反芻動物生長性能的目的, 一直是反芻動物營養(yǎng)學研究的熱點之一。由于成年反芻動物瘤胃微生物群落具有較強的穩(wěn)定性, 導致調控技術收效甚微。而新生反芻動物瘤胃微生態(tài)系統(tǒng)尚不穩(wěn)定, 此時進行人為干預可能會形成特定的微生物群落組合并產(chǎn)生持久影響。因此, 研究早期瘤胃微生物的定植過程對科學精準調控瘤胃功能具有重要意義。本研究首先綜述了新生反芻動物瘤胃發(fā)育過程中各種微生物的定植過程, 然后報道了幼齡反芻動物瘤胃微生物群落早期調控的最新研究成果, 以期為反芻動物瘤胃發(fā)育過程中早期調控提供理論依據(jù)。
關鍵詞：瘤胃微生物、幼齡反芻動物、定植過程、早期調控

　　反芻動物可以將其他動物難以利用的粗纖維降解為自身生長所需的營養(yǎng)物質，從而為人類提供優(yōu)質的蛋白質，如牛、羊等肉制品和奶制品。反芻動物之所以具有獨特的利用各種飼料的能力，這主要歸功于反芻動物瘤胃中棲息著復雜、多樣、非致病的各種微生物，包括細菌、真菌、原蟲和古菌。這些微生物通過分泌不同種類的分解酶來降解飼料中的纖維素、半纖維素、木質素并產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，VFAs能夠提供反芻動物所需要能量的70%以上。另外，瘤胃中的微生物還能合成B族維生素以及必需氨基酸供反芻動物利用[1]。由于新生反芻動物通過食管溝反射的方式將進食的母乳直接送入到皺胃，以單胃動物的消化方式進行消化吸收，所以新生反芻動物的瘤胃是不具備發(fā)酵功能的。新生反芻動物瘤胃發(fā)酵功能由未建立到完善的階段被稱作瘤胃發(fā)育過程，之前的研究已經(jīng)證明瘤胃發(fā)育過程分為3個階段：非反芻階段(0~3周齡)、過渡階段(3~8周齡)和反芻階段(8周齡以后)[2]。在新生反芻動物的瘤胃發(fā)育過程中，各種微生物相繼在瘤胃中定植，復雜的微生物區(qū)系逐漸建立，從而使反芻動物瘤胃具備發(fā)酵粗纖維的能力。然而，目前人們對于反芻動物瘤胃發(fā)育過程中各種微生物的定植以及群落結構演變規(guī)律知之甚少。此外，人們還希望在瘤胃微生物完全建立之前通過調控新生反芻動物的飼糧結構和飼養(yǎng)管理等，達到促進瘤胃內(nèi)不同微生物群落的定植并產(chǎn)生持久影響的效果，進而達到改善瘤胃發(fā)酵功能、減少甲烷排放和提高反芻動物生長性能的目的。

　　已有研究報道，成年反芻動物瘤胃微生物群落具有較強的穩(wěn)定性[3-4]，一些調控措施對于成熟瘤胃中微生物群落的調控只能產(chǎn)生短暫的影響，一旦停止調控瘤胃微生物群落組成和發(fā)酵將會恢復到處理之前的狀態(tài)[5]。Yáñez-Ruiz等[5]認為，瘤胃微生物群落完全建立之前，是瘤胃微生物群落早期調控的理想窗口期。Abecia等[6]報道，早期飼糧調控可以改變瘤胃中古菌菌群的定植，從而影響羔羊甲烷的排放。而深入了解早期瘤胃微生物的定植過程是科學精準調控瘤胃功能的基礎。因此，本研究首先綜述了新生反芻動物瘤胃發(fā)育過程中各種微生物的定植過程，然后報道了幼齡反芻動物瘤胃微生物早期調控的最新研究成果，以期為反芻動物瘤胃發(fā)育過程中早期調控提供理論依據(jù)。

1、瘤胃微生物定植過程
1.1 細菌群落的建立過程

　　最早研究者認為大部分剛出生的反芻動物的胃腸道是無菌的，然后來自母體和周圍環(huán)境中的微生物在瘤胃中迅速定植[7]，一般在出生數(shù)分鐘內(nèi)細菌的數(shù)量約為1.9×108拷貝數(shù)/g瘤胃內(nèi)容物[8]。Guzman等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在出生0~20 min的犢牛瘤胃中發(fā)現(xiàn)甲烷菌和纖維降解菌的存在，表明瘤胃微生物的定植可能在分娩之前或者分娩過程中就已經(jīng)發(fā)生。最新的研究通過使用多組學方法發(fā)現(xiàn)動物在出生前腸道中已經(jīng)定植了有活性的微生物組。研究人員以足月無菌剖宮產(chǎn)的羔羊為試驗對象，無菌采集羔羊的臍帶血和盲腸食糜樣品，檢測盲腸食糜中的微生物組與臍帶血和盲腸食糜中的微生物代謝產(chǎn)物后發(fā)現(xiàn)，胎兒腸道中存在低多樣性和低生物量的微生物組，以變形菌門、放線菌門和厚壁菌門的細菌組成為主，其中大腸桿菌是豐度最多的微生物。在盲腸食糜中檢測到了多種微生物代謝產(chǎn)物，確定了這些微生物具有代謝活性。但是遺憾的是該研究并沒有報道胎兒瘤胃中是否存在微生物組[10]。大量的研究發(fā)現(xiàn)，在反芻動物的瘤胃發(fā)育過程中微生物以一種明確的、漸進的順序迅速進行定植。微生物定植順序及豐度主要取決于相同功能微生物對可利用底物的競爭，即瘤胃“生態(tài)位搶占”。生命早期微生物群落由需氧和兼性厭氧微生物組成，在6~8周齡時被厭氧類群完全取代[11]。Rey等[12]在研究新生犢牛瘤胃微生物的定植過程時發(fā)現(xiàn)，瘤胃中細菌的定植呈現(xiàn)三步變化：出生后2 d，變形菌門(70%)和擬桿菌門(14%)為優(yōu)勢菌門，巴斯德氏菌科(Pasteurellaceae)(58%)為優(yōu)勢菌科；出生后3~12 d，擬桿菌屬(Bacteroides)(21%)、普雷沃氏菌屬(Prevotella)(11%)、梭桿菌屬(Fusobacterium)(5%)和鏈球菌屬(Streptococcus)(4%)為優(yōu)勢菌屬，此階段便已有成熟瘤胃中常見的細菌存在，說明參與降解飼糧中營養(yǎng)物質的菌群在反芻動物攝取固體飼料之前便已在瘤胃中定植；出生后15~83 d，隨著固體飼料攝入量的迅速增加，普雷沃氏菌屬成為最優(yōu)勢菌屬(42%)，其具有降解蛋白質和利用淀粉的重要功能[13]，這說明此階段飼糧對瘤胃菌群結構變化的影響最顯著。焦金真[14]通過MiSeq高通量測序研究了0~70日齡山羊瘤胃食糜細菌定植規(guī)律發(fā)現(xiàn)，變形菌門相對豐度隨日齡增長而降低，而擬桿菌門和厚壁菌門相對豐度的變化與變形菌門正好相反，許多研究結果[3, 12, 15]與此一致。在屬水平，剛出生羔羊瘤胃內(nèi)容物中優(yōu)勢菌屬為埃希氏菌屬(Escherichia)、弓形桿菌屬(Arcobacter)和卟啉單胞菌屬(Porphyromonas)。埃希氏菌屬為兼性厭氧菌，可改變瘤胃內(nèi)環(huán)境為厭氧微生物提供適宜定植環(huán)境；7日齡后，埃希氏菌屬比例顯著降低，而擬桿菌屬成為優(yōu)勢菌屬；28日齡后，普雷沃氏菌屬為最優(yōu)勢菌屬(>20%)，而纖維降解菌在開食料供給后才可以檢測到[16]。李碧波[17]認為羔羊0~14日齡和28~56日齡瘤胃菌群差異最明顯，可能與0~14日齡以母乳為主，28~56日齡逐漸采食固體飼料有關。瘤胃微生物的定植可以分為三大類，分別是先導菌、過渡菌和成熟菌。芽孢桿菌屬(Bacillus)和乳球菌屬(Lactococcus)為主要的先導菌，擬桿菌屬、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)、NK4A214和密螺旋體菌屬2(Treponema 2)等為主要的過渡菌，成熟菌為普雷沃氏菌屬1和理巖菌科RC9。另一項研究也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律，羔羊0~14日齡是微生物發(fā)育階段，14~28日齡是微生物過渡階段，28~56日齡是微生物穩(wěn)定階段[15]；該研究還發(fā)現(xiàn)，羔羊0日齡時，厚壁菌門為優(yōu)勢菌門，占比為80%，而擬桿菌門占比為8%；0日齡之后，擬桿菌門所占比例迅速上升，達50%，并隨日齡增長基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。在屬水平上，羔羊剛出生沒哺乳之前優(yōu)勢菌屬是芽孢桿菌、乳球菌屬和假單胞菌屬(Pseudomonas)，特別是芽孢桿菌屬，其比例高達55.55%；攝入母乳后，擬桿菌門變?yōu)閮?yōu)勢菌門，芽孢桿菌屬和乳球菌屬的數(shù)量逐漸減少，最后幾乎消失。芽孢桿菌屬和乳球菌屬作為母體陰道原生菌群主要組成部分會傳遞給下一代，并在形成機體的定植抗性和調節(jié)宿主的免疫效應方面起到關鍵作用[18]。在過渡階段，卟啉單胞菌屬、梭菌屬、疣微菌科、Bibersteiniaren被認為是過渡菌群，可能與哺乳有關，21日齡后隨著纖維的攝入而逐漸減少。另外，理巖菌科RC9腸道群、普雷沃氏菌科UCG-003、擬桿菌目_S24-7、普雷沃氏菌屬1、瘤胃球菌屬1、瘤胃球菌屬2、月形單孢菌屬1、纖維桿菌屬的比例從28日齡開始增加，這些菌群與纖維的降解有關，出生28 d后瘤胃菌群逐漸穩(wěn)定。

　　除了定植在瘤胃內(nèi)容物的細菌，定植在瘤胃上皮(指瘤胃乳頭和黏膜)的細菌也日益引發(fā)了研究者們的關注。許多研究發(fā)現(xiàn)瘤胃內(nèi)容物和瘤胃上皮定植的細菌多樣性和豐富度差異顯著[19-23]，這是由于動物采食固體飼料后，食糜聚集在瘤胃腹囊，導致瘤胃內(nèi)容物和瘤胃上皮之間的微環(huán)境(如氧氣、pH)和細菌組成不同。與瘤胃內(nèi)容物細菌相比，瘤胃上皮細菌可能與氮利用、氧清除、上皮細胞增殖和負責調節(jié)瘤胃壁吸收VFAs的基因表達有關，而與發(fā)酵碳水化合物無關[23]。李碧波[17]研究發(fā)現(xiàn)，隨著山羊日齡的增長，瘤胃上皮中的變形菌門被厚壁菌門和擬桿菌門所取代，此外，隨著山羊日齡的增長，丁酸弧菌屬2(Butyrivibrio 2)成為主要優(yōu)勢菌屬。丁酸弧菌屬2作為瘤胃上皮產(chǎn)丁酸的主要菌屬，產(chǎn)生的丁酸被瘤胃上皮直接吸收，提高了瘤胃上皮對丁酸的利用率，并有利于瘤胃上皮細胞的增殖和發(fā)育[24]。焦金真[14]發(fā)現(xiàn)，山羊瘤胃上皮定植的細菌alpha多樣性指數(shù)隨日齡增長而增加，且主坐標分析(PCoA)結果表明不同日齡時細菌組成不同。在門水平，優(yōu)勢菌門由變形菌門轉為厚壁菌門和擬桿菌門，這與李碧波[17]的研究結果一致；在屬水平，0日齡時埃希氏菌屬為優(yōu)勢菌屬，固體開食料供給后普雷沃氏菌屬、丁酸弧菌屬、琥珀酸弧菌屬(Succinivibrio)和彎曲桿菌屬(Campylobacter)隨日齡增長而增加，并成為優(yōu)勢菌屬[14]。Chai等[19]也發(fā)現(xiàn)山羊羔羊瘤胃上皮細菌以彎曲桿菌屬為主，并且彎曲桿菌屬可能參與瘤胃解剖形態(tài)發(fā)育以及氨和VFAs的代謝。

　　以上研究表明，由于宿主、飼糧成分、飼養(yǎng)管理和個體差異等因素的影響，早期瘤胃微生物群落建立的具體時間及其定植規(guī)律不盡相同。雖然日齡變化會對瘤胃微生物定植產(chǎn)生影響，但主要的影響因素還是飼糧的變化。根據(jù)上述研究結果，早期瘤胃微生物建立過程大致可劃分為3個階段：1)最初定植階段(出生后0~2 d)，微生物主要來源于母體(包括產(chǎn)道、初乳和唾液)、外界環(huán)境等[25]，如芽孢桿菌和乳球菌屬。2)過渡階段(出生后3~28 d)，由初乳過渡到常乳，可利用乳中營養(yǎng)成分(單糖、乳糖或乳脂等)的菌群比例逐漸升高，如擬桿菌屬、乳桿菌屬(Lactobacillus)等[26-27]，這些菌屬降解簡單碳水化合物產(chǎn)生的乙酸可被丁酸球菌屬(Butyricicoccus)和糞桿菌屬(Faecalibacterium)等利用產(chǎn)生丁酸，丁酸可以促進瘤胃上皮的發(fā)育[28]。因此，丁酸球菌屬和糞桿菌屬的比例與母乳攝入量呈正相關。另外，此階段已定植細菌也是成熟瘤胃中常見的組成成員，如普雷沃氏菌屬和擬桿菌屬。3)成熟階段(固體飼料攝入增加)，隨著母乳攝入比例減少，固體的開食料和粗纖維的采食量逐漸增加，可降解淀粉和纖維等微生物的比例逐漸升高，并成為瘤胃中的穩(wěn)定菌屬。如普雷沃氏菌屬1、瘤胃球菌科UCG-005、理巖菌科RC9和瘤胃球菌科UCG-010等。

1.2 產(chǎn)甲烷菌群落的建立過程

　　產(chǎn)甲烷菌占瘤胃微生物群落的0.3%~3.0%，在產(chǎn)甲烷菌當中，大約78%的產(chǎn)甲烷菌是氫營養(yǎng)型的，而22%的產(chǎn)甲烷菌可以利用來自甲醇或甲胺的甲基基團合成甲烷，而利用乙酸合成甲烷的產(chǎn)甲烷菌很少。Henderson等對來自全球35個國家的瘤胃和前腸樣品(來自379頭牛、106只綿羊、59只鹿、52只山羊和72個其他類型反芻動物)的產(chǎn)甲烷菌群落組成進行了全面地普查，結果顯示，盡管樣本來自不同的反芻動物、地點、飼糧和條件，但優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌屬卻驚人的相似，幾乎所有的反芻動物瘤胃樣品中都發(fā)現(xiàn)了Methanobrevibacter gottschalkii和Mbb. Ruminantium，平均占到古菌群落的74%，連同Methanosphaera sp.和2個Methanomassiliicoccaceae的附屬群，5個主要產(chǎn)甲烷菌群幾乎占到古菌群落的90%。反芻動物排放甲烷不僅會加劇全球溫室效應，而且還會造成2%~12%的飼糧能量浪費。因此，反芻動物胃腸道甲烷減排對緩解全球溫室效應和提高飼養(yǎng)效率具有重要意義。最近的研究側重于通過在反芻動物生命早期對微生物群落進行調控來減少甲烷的形成，正如Yáñez-Ruiz等所總結的新生反芻動物瘤胃微生物群落更具可塑性，因為與成年反芻動物已建立的微生物組相比，對其進行調控更有可能產(chǎn)生持久的影響。而了解產(chǎn)甲烷菌在瘤胃發(fā)育過程中的定植規(guī)律，為不同發(fā)育時期的精準調控和確定最佳調控窗口期提供了可能，但是目前有關產(chǎn)甲烷菌在早期瘤胃發(fā)育過程中定植的研究較少。

　　剛出生的反芻動物瘤胃中就有產(chǎn)甲烷菌定植，并且產(chǎn)甲烷菌群的建立和發(fā)展是一個迅速的過程。較早的研究報道，產(chǎn)甲烷菌在2~4日齡的羔羊瘤胃中就已經(jīng)存在，并且在10~14日齡羔羊瘤胃中產(chǎn)甲烷菌豐度便已達到成年羊瘤胃中的水平[33]。隨著分子生物相關研究技術的發(fā)展，Guzman等基于實時熒光定量PCR(qRT-PCR)技術，在出生后20 min的犢牛瘤胃中就檢測到有代謝活性的產(chǎn)甲烷菌，如Methanomicrobiales mobile、Methanoccocales votae和Methanobrevibacter spp.。有報道稱，山羊瘤胃細菌的組成隨著年齡的改變而發(fā)生明顯的變化，然而，類似的年齡依賴模式在山羊瘤胃古菌中并不明顯。一項有關山羊1日齡到2歲齡的12個年齡段的研究發(fā)現(xiàn)，山羊各年齡段瘤胃液中優(yōu)勢菌門均為廣古菌門(84.02%)和泉古菌門(14.38%)，1~15日齡廣古菌門的豐度逐漸增加，之后豐度趨于穩(wěn)定，而泉古菌門的豐度從出生到15日齡逐漸降低，之后也趨于穩(wěn)定；不同年齡段個體古菌菌群組成在5月齡之前差異較大，5月齡之后差異逐漸減小，并趨于穩(wěn)定；而不同年齡段個體的細菌菌群在1.5歲后逐漸穩(wěn)定[34]。也有研究認為日齡是影響反芻動物瘤胃中產(chǎn)甲烷菌定植的重要因素之一。焦金真[14]通過MiSeq高通量測序研究了補飼和放牧條件下0、7、28、42和70日齡山羊瘤胃食糜中產(chǎn)甲烷菌的定植規(guī)律，結果發(fā)現(xiàn)，無論哪種飼養(yǎng)方式，從7~70日齡，操作分類單元(OTU)個數(shù)、Chao指數(shù)和Ace指數(shù)均隨日齡的增長而呈二次增加；產(chǎn)甲烷菌在出生后1周內(nèi)開始定植，無論是哪個日齡，產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)勢屬主要是Methanobrevibacter、Methanosphaera和Rumen cluster C。在7日齡時，Methanobrevibacter和Methanosphaera比例很低，大部分為未鑒定的產(chǎn)甲烷菌(77.8%)；在開食料供給后，Methanobrevibacter、Methanosphaera和Rumen cluster C的相對豐度均急劇升高，表明開食料對于產(chǎn)甲烷菌的組成有很大的影響。在Methanobrevibacter中，Methanobrevibacter gottschalkii相對豐度最高，其次是Methanobrevibacter ruminantium，而Methanobrevibacter中其他的產(chǎn)甲烷菌進化枝相對豐度較低。同瘤胃細菌研究類似，產(chǎn)甲烷菌的研究大部分也都局限于瘤胃固相、液相和原蟲，考慮到定植于瘤胃上皮的微生物與瘤胃發(fā)育以及免疫功能之間可能存在緊密聯(lián)系，因此對分布于瘤胃不同部位產(chǎn)甲烷菌的研究具有積極意義。Wang等[35]利用qRT-PCR技術研究了出生1、10、20、38、41、50、60 d的山羊瘤胃產(chǎn)甲烷菌在瘤胃固相、液相、上皮、原蟲表面定植過程，發(fā)現(xiàn)在1日齡時瘤胃液相與上皮中就有代謝活性的產(chǎn)甲烷菌定植，4個部分中產(chǎn)甲烷菌的拷貝數(shù)前期隨著日齡的增加而增加，而補飼之后4個部分中產(chǎn)甲烷菌的拷貝數(shù)均趨于穩(wěn)定。瘤胃固相中產(chǎn)甲烷菌拷貝數(shù)是最多的，而瘤胃上皮中產(chǎn)甲烷菌拷貝數(shù)最少。基于提取RNA的16S rRNA擴增子測序結果顯示：Methanobrevibacter、Candidatus Methanomethylophilus以及Methanosphaera是4個部分中豐度最高的產(chǎn)甲烷菌，這3個產(chǎn)甲烷菌屬的相對豐度總共占據(jù)了總產(chǎn)甲烷菌的89.8%~98.3%。

1.3 真菌群落的建立過程

　　眾所周知，和瘤胃細菌菌群一樣，厭氧真菌在降解纖維性飼料原料中發(fā)揮著重要作用，因為它們能夠破壞植物組織結構并促進纖維分解菌對纖維顆粒的定植。瘤胃中的真菌在分解飼糧纖維過程中還會釋放大量有利于產(chǎn)甲烷菌群落的氫氣(H2)。因此，厭氧真菌活性可能會影響成熟瘤胃中細菌和古菌群落的結構，從而影響纖維利用效率和甲烷排放量[36]。以前的研究認為瘤胃真核生物定植與原核生物相比較晚，羔羊8~10日齡后瘤胃才出現(xiàn)真菌定植[37]。但是張科[38]采用MiSeq高通量測序技術對0、3、7、14、21、42、56日齡羔羊瘤胃真菌的定植過程進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)，0日齡的羔羊瘤胃中便已有真菌定植，說明真菌在固體飼料攝入之前就已在瘤胃中定植。0日齡真菌群落與其他日齡差異較大，3、7、14、21日齡時真菌群落結構差異不大，28、42、56日齡時真菌群落結構差異不大。14日齡之前，子囊菌門(Ascomycota)所占比例較高，為優(yōu)勢菌門，14日齡之后，新美鞭菌門(Neocallimastigomycota)所占比例逐漸增加，成為優(yōu)勢菌門。屬水平分析顯示，0日齡的羔羊曲霉屬真菌(Aspergillus)所占比例最高，為47%，3日齡后逐漸減少，到14日齡時消失。焦金真[14]也發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律，山羊瘤胃真菌定植較早，在出生當天就已定植，在門水平上，瘤胃真菌主要由子囊菌門和新美鞭菌門組成，子囊菌門在0和7日齡時豐度較高，而新美鞭菌門在28、42和70日齡時豐度較高。

1.4 原蟲類群的建立過程

　　原蟲即原生動物，分屬于鞭毛蟲(flagellates)和纖毛蟲(ciliates)，鞭毛蟲多存在于新生反芻動物瘤胃，隨日齡增加，鞭毛蟲數(shù)量逐漸減少，成年后瘤胃中原蟲類群以纖毛蟲為主。盡管瘤胃原蟲數(shù)量相對于細菌和產(chǎn)甲烷菌少，但其細胞體積大，因此其生物量可占瘤胃內(nèi)微生物總量約20%或達到50%。與厭氧真菌一樣，原蟲與瘤胃古菌和細菌群落密切相關，可以影響營養(yǎng)物質的消化、發(fā)酵和甲烷產(chǎn)量[39]。然而，與其他瘤胃微生物不同的是，新生反芻動物纖毛原蟲的建立依賴于成年動物唾液直接或間接的接觸[40]。原蟲建立時間一般較其他微生物群落晚，一般出生2周內(nèi)瘤胃可發(fā)現(xiàn)原蟲的存在[41]，并且通常是較小的Entodinia類原蟲，Entodinia類原蟲會在較大的Endomorphs和Holotrich原蟲之前定植。但是，如果新生動物在出生后就與其他反芻動物隔離，則其瘤胃內(nèi)將無法定植原蟲[42]。

2、幼齡反芻動物微生物群落的調控

　　幼齡反芻動物瘤胃微生物群落具有很強的可塑性。在此期間，任何外部干預都可能導致瘤胃微生物群落短期或長期性的變化。在瘤胃微生物定植早期階段進行調控，可以引導瘤胃微生物菌群有序的定植和健康的發(fā)酵，提高宿主的健康水平和后續(xù)生長性能。而飼糧作為瘤胃微生物發(fā)酵的底物，其營養(yǎng)組成和物理特性直接影響微生物的定植。Yáñez-Ruiz等[43]發(fā)現(xiàn)羔羊在斷奶前后飼喂精料或粗飼料可以調節(jié)瘤胃微生物結構，并且此影響可持續(xù)超過4個月。Dias等[27]采用新一代測序技術研究了添加開食料對斷奶前45頭犢牛瘤胃古菌、細菌和厭氧真菌群落的影響，發(fā)現(xiàn)補飼開食料后增加了瘤胃中降解碳水化合物細菌群落(如Megasphaera、Sharpea和Succinivribrio)的多樣性，瘤胃細菌群落的變化也與瘤胃發(fā)酵模式的變化相關，而瘤胃發(fā)酵模式的轉變促進了Methanosphaera sp. A4的定植。相比之下，飼喂牛乳的犢牛瘤胃中降解乳中營養(yǎng)成分的細菌群落為優(yōu)勢菌屬(如乳桿菌屬、擬桿菌屬和副擬桿菌屬)。在羔羊開食料中添加亞麻籽油，瘤胃中琥珀酸弧菌科和韋榮氏菌科的相對豐度較高，停止添加亞麻籽油后該作用效果仍有效[44]。這說明通過飼糧調控早期瘤胃微生物群落以達到調控成熟瘤胃微生物群落具有可行性。早期瘤胃微生物群落的調控措施除了飼糧類型外，還包括瘤胃微生物的移植和在飼糧中添加特異性促進或抑制某些微生物的添加劑。瘤胃微生物移植是一種重塑瘤胃菌群結構的有效手段。給新生羔羊持續(xù)灌服成年羊新鮮瘤胃液11周，促進了原蟲的定植，提高了粗飼料的采食量和瘤胃氨態(tài)氮(NH3-N)、VFAs濃度[45]。Yu等[46]給羔羊飼喂凍干的瘤胃液后發(fā)現(xiàn)改變了瘤胃反芻獸新月單胞菌(Selemonas ruminantium)和埃氏巨球菌(Megasphaera elsdenii)的組成, 并降低了黃色瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)的相對豐度。研究發(fā)現(xiàn)，天然植物提取物茶皂素[47]、桑葉黃酮[48]、白藜蘆醇[49]等都具有改善瘤胃發(fā)酵和降低瘤胃甲烷生成的作用。以白藜蘆醇為例，可降低羔羊瘤胃液中甲烷短桿菌的豐度，提高脫硫弧菌屬和普雷沃氏菌屬的豐度[50]，但停止添加后對瘤胃微生物群落是否具有長期影響并沒有報道。此外，反芻動物斷奶前后添加微生態(tài)制劑也可以改變瘤胃微生物的定植過程。例如，在1~9周齡羔羊的飼糧中添加芽孢桿菌屬，提高了瘤胃中瘤胃球菌科、RC9、普雷沃氏菌科和毛螺旋菌科等的相對豐度，并提高了瘤胃中的乙丙比[51]。1~180日齡的羔羊在飼糧中添加釀酒酵母，可促進瘤胃中纖維降解菌的定植，降低瘤胃氨濃度，提高瘤胃VFAs濃度[52]。也有研究認為通過使用特異性抑制劑抑制早期瘤胃中產(chǎn)甲烷菌的定植，可能是減少成年反芻家畜甲烷排放的有效方法。Abecia等[53]研究表明，用甲烷抑制劑(溴氯甲烷)對母羊和初生羔羊進行處理，當停止處理3個月后仍然發(fā)現(xiàn)羔羊甲烷排放量減少約33%。

　　調控早期瘤胃微生物定植的文章相對較多，但是早期瘤胃微生物調控措施對成年反芻動物是否有長期影響效果，仍需進一步確認。除了上述調控措施外，掌握早期階段調控的最佳窗口期也非常關鍵。本綜述結合產(chǎn)甲烷菌、細菌和真菌群落的定植規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在固體飼料進食之前這些微生物群落就已經(jīng)在瘤胃中定植，因此認為早期微生物群落調控的“黃金窗口期”是在動物剛出生后，這與Dias等[27]的觀點一致。

3、小結

　　總而言之，由于瘤胃中的微生物種類繁多、關系復雜，導致反芻動物早期瘤胃微生物群落建立過程復雜多變，仍需大量的試驗來深入、精準地研究早期瘤胃微生物群落的建立過程，以及早期瘤胃微生物群落建立過程中的功能、核心群落的相互作用機制和代謝途徑，這是實現(xiàn)精準調控的基礎。雖然日齡變化會對瘤胃微生物定植有影響，但主要的影響因素是飼糧的變化。目前的研究發(fā)現(xiàn)早期干預對調控瘤胃微生物定植具有較大潛力，但應進一步深入探討不同調控措施對幼齡反芻動物的長期影響效果，開發(fā)提高粗飼料利用、降低瘤胃甲烷生成的早期調控措施。

參考文獻：略

作者：李科南、杜海東、史彬林、娜仁花
來源：動物營養(yǎng)學報

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